JP2001350062A - レーザー光束合成光学系 - Google Patents
レーザー光束合成光学系Info
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Abstract
比較的小型のレーザー光束合成光学系を提供する。 【解決手段】レーザー光を射出する第1の光源及び第2
の光源と、第1コリメートレンズと、第2コリメートレ
ンズと、集光レンズとを有し、前記第1平行光束と前記
第2平行光束とを偏向させ、前記集光レンズに向かっ
て、前記第1乃至第2平行光束の光軸同士が平行になる
ように射出するために偏向プリズムを使用することを特
徴とする、レーザー光束合成光学系を構成する。
Description
に、複数の光源から射出されるレーザー光束を一本の光
ファイバに入射させるレーザー光束合成光学系に関す
る。
の溶接や切断を行う際には、大きなエネルギーを必要と
する。このような場合、単独の光源ではなく複数の光源
を用い、それぞれの光源から射出されたレーザー光束を
合成して一本の光ファイバに入射させ、最終的に加工に
使用するレーザー光の強度を増強する手法が用いられ
る。
5−11786号公報、特開平7−80673号公報、
特開平10−300973号公報などに示された技術が
挙げられる。
レーザー光束のうち、一方の断面を、円錐ミラーと内面
円錐ミラーとを用いてリング状断面に整形し、その中空
部分にもう一方のレーザー光束を配して、双方を一つの
集光光学系に導く技術が開示されている。
複数のレーザー光束を、屋根型ミラーによって偏向し、
それぞれを一つの集光レンズ系に導く技術が開示されて
いる。
には、互いに直角な方向から入射される2本のレーザー
光束のうち、一方のレーザー光束を反射ミラーによって
直角に偏向させ、2本のレーザー光束の進行方向を同一
にして、それぞれを一つの集光レンズ系に導く技術が開
示されている。
11786に開示された従来技術の場合、一方のレーザ
ー光束の断面をリング状に整形するための円錐ミラーの
製作が困難であり、また、構造が非常に複雑となる。
された従来技術の場合、レーザー光束が互いに対向する
方向から入射されるため、その光束の一部が屋根型ミラ
ーのエッジからはみ出した場合、その高出力によって、
対向して配置されたレーザー光源の破損を招く危険があ
る。これを避けるために屋根型ミラーに対する入射位置
をエッジ部分から離して余裕を持たせると、集光レンズ
系に入射する光束が太くなり、集光レンズ系が大型化す
る。
開示された従来技術の場合、2本のレーザー光束が直交
するように光源を配置するため、装置自体が大型化して
しまう欠点がある。
されたものであり、比較的簡素な構成で、光学系の損傷
の危険が少なく、比較的小型のレーザー光束合成光学系
を提供することを目的とする。
するために本発明は、波長が単一かつ同一なレーザー光
を射出する第1の光源及び第2の光源と、前記第1の光
源からのレーザー光を第1平行光束に変換するための第
1コリメートレンズと、前記第2の光源からのレーザー
光を第2平行光束に変換するための第2コリメートレン
ズと、前記第1平行光束と前記第2平行光束とを、同一
の光ファイバに入射させるための集光レンズとを有し、
前記第1平行光束と前記第2平行光束とを偏向させ、前
記集光レンズに向かって、前記第1乃至第2平行光束の
光軸同士が平行になるように射出するために偏向プリズ
ムを使用することを特徴とする、レーザー光束合成光学
系を構成する。
第1平行光束の入射面を第1入射面、前記第2平行光束
の入射面を第2入射面とするとき、前記偏向プリズムを
構成する材質の屈折率をn1、前記偏向プリズムの外部
の媒質の屈折率をn2とし、前記第1入射面と前記第2
入射面とは、前記第1平行光束の光軸と前記第2平行光
束の光軸とを含む平面に対してそれぞれ垂直に配置さ
れ、前記偏向プリズムの射出面が、前記第1入射面と平
行に配置され、かつ、前記平面内における前記第1入射
面と前記第2入射面とのなす角をφとし、前記第1入射
面の法線と前記第1平行光束の光軸とのなす角の絶対
値、及び前記第2入射面の法線と前記第2平行光束の光
軸とのなす角の絶対値が同一であって、該角の絶対値を
θとするとき、以下の条件式を満足することを特徴とす
る、請求項1に記載のレーザー光束合成光学系を構成す
る。
発明の実施例に基づいて説明する。図1は、本発明の実
施例の図である。
ファイバF1とによって構成される。その射出端面から
発したレーザー光束は、第1コリメートレンズLC1に
よって、第1平行光束L1に変換され、偏向プリズムP
の第1入射面S1に入射する。
2と光ファイバF2とによって構成される。その射出端
面から発したレーザー光束は、第2コリメートレンズL
C2によって、第2平行光束L2に変換され、偏向プリ
ズムPの第2入射面S2に入射する。
は、同一の波長を有する。ここで、第1平行光束の断面
の中心を通る光線を第1平行光束の光軸AX1とし、第
2平行光束の断面の中心を通る光線を第2平行光束の光
軸AX2とするとき、偏向プリズムPの第1入射面S1
と第2入射面S2とは、第1平行光束の光軸AX1と第
2平行光束の光軸AX2とを含む平面に対して垂直に設
けられている。
の屈折作用により偏向され、また、第2平行光束L2
は、第2入射面S2の屈折作用により偏向され、互いに
同一の方向に進行する平行な光束となる。
2は、偏向プリズムPの射出面S3の作用により、さら
に同一方向に偏向され、集光レンズ系LC3によって、
光ファイバF3の入射端面に、光ファイバF1の射出端
面と光ファイバF2の射出端面との像が結像される。そ
して、光ファイバF3によって、レーザー光束は加工ヘ
ッド部(不図示)に導かれる。
ず、透過型のプリズムを使用することにより、光ファイ
バF1の射出端面と光ファイバF2との射出端面とを近
づけて構成することが可能になり、光束の合成にミラー
を使用した場合よりも、装置全体の大きさを小型にまと
めることができる。
束の合成手段に対して、複数の光束が対向して入射する
構成では無いため、例えば衝撃等により光束の入射位置
がずれた場合でも、片方から入射した光束の一部が対向
する光学系に侵入して該光学系を破損してしまう危険
を、回避することが可能となる。
S1の法線を基準とする第1平行光束L1の入射角の絶
対値と、第2入射面S2に対する、S2の法線を基準と
する第2平行光束L2の入射角の絶対値とが同一であっ
て、これをθとするとき、偏向プリズムPの第1入射面
S1と第2入射面S2とのなす角φとθとが、以下の条
件式(1)を満足することが望ましい。
n2は偏向プリズムPの屈折率である。
射面S1によって偏向された第1平行光束と、第2入射
面S2によって偏向された第2平行光束L2とを、同一
の方向に進行する互いに平行な光束とすることができ
る。このとき、第1平行光束L1と第2平行光束L2と
が互いに平行でない場合、集光レンズLC3に入射する
それぞれの平行光束の集光位置が互いにずれてしまうた
め、それぞれの平行光束を同一の光ファイバに入射させ
ることが困難になる。
3を、第1入射面S1と平行に配置することにより、第
1平行光束L1及び第2平行光束L2を、それぞれの断
面形状を変形させることなく射出面S3より射出するこ
とができる。
す。 〔表1〕 光ファイバF1射出端面のコア径: 0.1mm 光ファイバF1の射出開口数: 0.2 光ファイバF2射出端面のコア径: 0.1mm 光ファイバF2の射出開口数: 0.2 レーザー光源部LS1及びLS2の発振波長: 1064nm 第1コリメートレンズLC1の焦点距離: 50mm 第1コリメートレンズLC2の焦点距離: 50mm 偏向プリズムPの外部の屈折率n1: 1.0 偏向プリズムPの屈折率n2: 1.45 第1入射面S1と第2入射面S2とのなす角φ: 120° 第1平行光束L1の第1入射面S1に対する入射角の絶対値、及び第2平行光 束L2の第2入射面S2に対する入射角の絶対値θ: 46.4688° 集光レンズLC3の焦点距離: 100mm 光ファイバF3の入射端面のコア径: 0.2mm 光ファイバF3の入射開口数: 0.2 また、第1平行光束L1及び第2平行光束L2は、それ
ぞれの光束断面の中心部が最もエネルギーが高く、周辺
部になるに従ってエネルギーが低くなるようなエネルギ
ー分布を持つ。
L1の第1入射面S1に対する入射位置と、第2平行光
束L2の第2入射面S2に対する入射位置とを、第1入
射面S1と第2入射面S2との稜線に近づけて入射させ
るとする。すると、光束周辺部のエネルギー分布の低い
部分は、それぞれが入射するべき入射面の外側にはみ出
してしまい、エネルギー総量としては低下するが、光束
中心部のエネルギー分布の高い部分を、より集光レンズ
LC3の光軸近くに入射させることが可能となる。
る第1平行光束と第2平行光束の入射位置を調整し、光
束中のエネルギー分布の高い部分の光ファイバF3に対
する入射開口数を小さくし、より効率良くレーザー光束
のエネルギーを導入できるような構成とすることも可能
である。
成で、光学系の損傷の危険が少なく、従来に比べて比較
的小型のレーザー光束合成光学系を実現することが可能
である。
Claims (2)
- 【請求項1】波長が単一かつ同一なレーザー光を射出す
る第1の光源及び第2の光源と、 前記第1の光源からのレーザー光を第1平行光束に変換
するための第1コリメートレンズと、 前記第2の光源からのレーザー光を第2平行光束に変換
するための第2コリメートレンズと、 前記第1平行光束と前記第2平行光束とを、同一の光フ
ァイバに入射させるための集光レンズとを有し、 前記第1平行光束と前記第2平行光束とを偏向させ、前
記集光レンズに向かって、前記第1乃至第2平行光束の
光軸同士が平行になるように射出するために偏向プリズ
ムを使用することを特徴とする、レーザー光束合成光学
系。 - 【請求項2】前記偏向プリズムにおいて、前記第1平行
光束の入射面を第1入射面、前記第2平行光束の入射面
を第2入射面とするとき、前記偏向プリズムを構成する
材質の屈折率をn1、前記偏向プリズムの外部の媒質の
屈折率をn2とし、 前記第1入射面と前記第2入射面とは、前記第1平行光
束の光軸と前記第2平行光束の光軸とを含む平面に対し
てそれぞれ垂直に配置され、 前記偏向プリズムの射出面が、前記第1入射面と平行に
配置され、かつ、 前記平面内における前記第1入射面と前記第2入射面と
のなす角をφとし、前記第1入射面の法線と前記第1平
行光束の光軸とのなす角の絶対値、及び前記第2入射面
の法線と前記第2平行光束の光軸とのなす角の絶対値が
同一であって、該角の絶対値をθとするとき、以下の条
件式を満足することを特徴とする、請求項1に記載のレ
ーザー光束合成光学系。 θ=sin-1((n2/n1)・cos(φ/2))
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KR100846775B1 (ko) * | 2002-05-10 | 2008-07-16 | 삼성전자주식회사 | 칼라 레이저 프린터 |
JP2014211611A (ja) * | 2013-04-05 | 2014-11-13 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 光モジュール |
US20170010417A1 (en) * | 2014-03-26 | 2017-01-12 | Fujikura Ltd. | Light guiding device, manufacturing method, and ld module |
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